电机与拖动基础习题解答第三章.doc

武汉纺织大学
第三章

3 . 1 三相异步电动机的结构主要是哪几部分?它们分别起什么作用?

答: 三相异步电动机的结构分定子和转子两部分,定、转子之间有空气隙。定子是由

定子铁心、定子绕组和机座三个部分组成。定子铁心是磁路的一部分, 同时用来嵌放定子绕

组; 定子绕组通电时能产生磁场; 机座用来固定与支撑定子铁心。转子部分有转子铁心和转

子绕组。转子铁心也是磁路的一部分, 同时用来嵌放转子绕组; 转子绕组的作用是产生感应

电动势、流过电流并产生电磁转矩。

3 . 2 异步电动机的基本工作原理是什么?为什么异步电动机在电动运行状态时,其转
子的转速总是低于同步转速?
答: 异步电动机是应用通电导体在磁场中产生电磁力的原理而工作的。电动机在工作时
定子旋转磁场与转子之间要有相对切割运动,否则在转子绕组中不能产生感应电动势, 不能产生电流,也就没有电磁转矩,所以在电动运行状态时,转子的转速不能等于同步转速,只能低于同步转速。

3 . 3 什么叫转差率?三相异步电动机的额定转差率为多少?为什么转差率是异步电动
机最重要的一个技术参数?
答: 旋转磁场转速即同步转速与转子转速n之差(- n)称为转差。转差(- n)与同步转速之比,称为转差率,用s表示,即
s=
额定转差率很小,约为0.015~0.05。转子转速n=( 1 - s),用转差率s能表示转子转速, 转子的感应电动势也与转差率相关,所以转差率是最重要的一个技术参数。

3 . 4 已知一台三相异步电动机的额定功率=10 kW ,额定电压 =380 V ,额定功
率因数cos=0 . 75 ,额定效率=86 %,问其额定电流为多少?
解: 由 =cos× kW
则有=23.6A

3 .5 一台异步电动机定子绕组有6根引出线,其铭牌上标明“电压380 /220 V ,接法
Y/Δ”。如果三相电源电压是380 V ,定子绕组应采用哪种接法?出线盒内的接线端子应如
何连接?
答: 应采用Y接法, 出线盒内三个绕组的末端、、连接在一起,三个首端出线头、、接三相电源,

3 . 6 三相异步电动机的定子绕组是如何组成的?按什么规律连接?有什么特点?
答: 三相异步电动机的定子绕组由三个匝数相等、相位互差的绕组组成。三个绕组可以连接成Y联接(星形联接),也可以连接成联接(三角形联接)。其特点是对称的三相绕组。

3 .7 三相异步电动机铭牌上标注的额定功率是输入功率还是输出功率?是电功率
还是机械功率?
答: 三相异步电动机铭牌上标注的额定功率不是输入功率,而是输出功率, 不是电功率,而是机械功率。

3 . 8 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生什么性质的磁场?三相对称绕组通以三
相对称电流将在气隙中产生什么性质的磁场?两种磁场之间有何内在联系?
答: 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生脉动磁场。三相对称绕组通以三相对称电流将在气隙中产生旋转磁场。脉动磁场可以分解为基波与高次谐波磁场, 三相对称绕组的基波磁场叠加在一起就形成了基波旋转磁场。
3 . 9 三相旋转磁动势的幅值与极数及绕组系数之间有什么关系?
答: 由三相旋转磁动势幅值表达式 =1 .35可知, 磁动势幅值与极对数p成反比关系,与绕组系数成正比。

3 . 10 若将三相异步电动机三相电源的任何两相引线对调,异步电动机转子的转向将
作何变化?为什么?
答: 若将三相异步电动机三相电源的任何两相引线对调,则电动机反转。因为当电动机定子绕组外接电源相序变化时, 定子旋转磁场就反向,所以电动机也就反向旋转。

3 . 11 为什么三相异步电动机空载电流的标么值要比变压器的大?
答: 变压器的磁路是铁心构成的磁路,磁阻小,产生一定的额定磁通所需要的励磁电流比较小;而三相异步电动机的磁路中包含有定、转子之间的气隙, 气隙的磁阻比较大,产生同样大小的额定磁通所需要的励磁电流就比较大,所以三相异步电动机空载电流的标么值要比变压器的大。

3 . 12 三相异步电动机转子绕组短路并堵转,若定子绕组加额定电压,将会产生什么
后果?并分析原因。
答: 当三相异步电动机转子绕组短路并堵转时,若定子绕组加额定电压,则流过绕组的电流会很大,使电动机发热严重,导致烧坏电动机。其原因是: 转子绕组短路并堵转时, 转子转速为零, 旋转磁场与转子的相对切割速度为最大,在转子绕组中产生的感应电动势最大, 转子电流最大,定子电流也就最大,约为额定电流的5～7倍,会烧坏电动机。

3 . 13 异步电动机的转差率s是如何定义的?电机运行时,转子绕组感应电动势、电
流的频率与定子频率是什么关系?
答: 转差率s的定义是转差(- n)与同步转速之比,即s=
电机运行时,转子绕组感应电动势的频率、电流的频率与定子频率成成正比,即

3 . 14 异步电机的时空相量图中,哪些是时间相量,哪些是空间相量?
答: 异步电机的时空相量图中,表示电流、电压、感应电动势的相量是时间相量, 表示磁通、磁动势的相量是空间相量。

3 . 15 一台额定电压380 V 、星形联结的三相异步电动机,如果误连成三角形联结,并
接到380 V的电源上,会有什么后果?为什么?
答: 一台额定电压380 V 、星形联结的三相异步电动机,如果误连成三角形联结,并接到380 V的电源上, 电动机会被烧坏。因为额定电压380 V 、星形联结的三相异步电动机,其定子绕组额定电压为220V，若将星形联结的定子绕组误连成三角形联结, 并接到380 V的电源上,这时定子绕组电压为380 V,大大超过其额定电压,会使定子电流变得很大, 会烧坏电动机。

3 . 16 一台额定电压380 V 、三角形联结的三相异步电动机,如果误连成星形联结,并
接到380 V的电源上满载运行时,会有什么后果?为什么?

答: 额定电压380 V 、三角形联结的三相异步电动机,如果误连成星形联结,并接到380 V的电源上满载运行时, 电动机不能起动,不能运行。额定电压380 V 、三角形联结的三相异步电动机,如果误连成星形联结,并接到380 V的电源上时,其一相绕组电压降为380/=220V, 由于起动转矩与绕组电压的平方成正比, 这时起动转矩降低为原来的,故而在满载时电动机不能起动,不能运行,时间一长会烧坏电动机。

3 . 17 三相异步电动机带恒转矩负载额定运行时,会产生哪些损耗?请画出功率流程图。
答: 电动机运行时的损耗有定子铜损耗,定子铁损耗,转子铜损耗,机械摩擦损耗,附加损耗。其功率流程图如题3.17图。

题3.17图

3 . 18 三相异步电动机的电磁功率、转子铜损耗和机械功率之间在数量上存在着什么
关系?
答: 三相异步电动机的电磁功率、转子铜损耗和机械功率之间存在着比例关系,三者之比为1︰s︰(1-s)。

3 . 19 三相异步电动机负载运行时,其T形等值电路为什么不能简化成一字形等值电路?
答: 在电动机T形等值电路中,转子的等值电阻为,s很小,约为0.015～0.05, 就比较大, 转子阻抗+也就比较大。励磁阻抗与相并联, 与相比,并没有大到可以去掉而对电路没有影响的程度,所以不能去掉励磁阻抗而将T形等值电路简化成一字形等值电路。

3 . 20 异步电动机的过载倍数、起动转矩倍数有何意义?它们是否越大越好?
答: 异步电动机的过载倍数表示电动机的过载能力,用最大转矩与额定转矩之比来表示,即
=
起动转矩倍数表示电动机起动时带负载的能力,等于起动转矩与额定转矩之比,即
=
较大时, 电动机的过载能力较大, 较大时, 电动机起动时带负载的能力较大,但它们不是越大越好,因为电动机的最大转矩是一定的, 过大时,就小, 电动机带额定负载的能力降低,这是不可取的,一般为1.8～2.2, 为2左右。

3 . 21 异步电动机带负载起动,负载越大,起动电流是不是越大?为什么?
答: 异步电动机带负载起动, 起动电流与负载大小无关,并不是负载越大,起动电流就越大。转子电流= , 起动时s=1, 起动时的转子电流 , 与负载无关,所以起动电流即定子电流 也与负载无关,只不过负载越大, 起动加速度就变小, 起动时间变长。

3 . 22 异步电动机在何种条件下的机械特性是固有机械特性?
答: 异步电动机定子绕组接额定频率的额定电压,定、转子回路不串接任何元器件得到的机械特性就是固有机械特性。

3 . 23 试简述三相异步电动机的运行性能优劣主要通过哪些技术指标来反映?
答: 三相异步电动机的运行性能优劣主要通过功率因数和效率等技术指标来反映, 功率因数越高, 运行性能越优越; 效率越高, 能量利用率高,运行性能越优越。另外，最大转矩越大，电动机带负载能力越大; 起动转矩越大，电动机带负载起动能力越大。

3 . 24 三相异步电动机T形等值电路的参数主要通过什么实验来测定?
答: 三相异步电动机T形等值电路的参数主要通过空载实验和短路实验来测定。通过空载实验测定电动机的励磁阻抗和铁损耗及机械损耗。通过短路实验测定电动机的短路阻抗,短路实验又称堵转实验。

3 . 25 为什么三相异步电动机的功率因数总是滞后的?
答: 三相异步电动机要从电网吸收滞后的励磁电流产生磁场;定子和转子绕组都是感性负载,所以三相异步电动机的功率因数总是滞后的。

3 . 26 为什么要进行频率折算?折算应遵循什么样的基本原则?
答: 三相异步电动机运行时,定子电流频率为,转子电流频率为,定、转子电流频率不相等, 对不同频率的电量列出的方程组不能联立求解,也不能根据它们求出等值电路和相量图。所以要把转子的频率折合,使定、转子有相同的频率。频率折算的原则是保持转子磁动势不变,也就是保持转子电流不变。

3 . 27 说明三相异步电动机等值电路中,参数、 、 、 、、各代表什么意义?三相异步电动机转子附加电阻[( 1 - s)/ s] 是如何产生的?它代表什么物理意义?
答: 、分别表示三相异步电动机定子一相绕组的电阻和电抗;、 分别表示转子一相绕组的电阻和电抗折算到定子的折算值; 、分别表示励磁电阻和电抗。转子附加电阻[( 1 - s)/ s] 是频率折算产生的, 它代表了电动机输出的机械功率

3 . 28 一台三相异步电动机,额定运行时转速=1 450 r /min,问这时传递到转子的
电磁功率有百分之几消耗在转子电阻上?有百分之几转化成机械功率?
解:
电磁功率、总机械功率、转子铜损耗之间的比例为∶ ∶ =1 ∶( 1 - s)∶ s,所以传递到转子的电磁功率中有3.3%消耗在转子电阻上, 有96.7%转化成机械功率。

3 . 29一台三相异步电动机,额定功率=25 kW ,额定电压=380 V ,额定转速
=1 470 r /min,额定效率=86% ,额定功率因数cos=0 . 86 ,求电动机额定运行时的
输入功率和额定电流。
解:
==

3 . 30 一台三相异步电动机,额定功率=7 . 5 kW ,额定电压=380 V ,额定转速
=971 r /min,额定功率因数cos=0 . 786 ,定子三角形联结。额定负载运行时,定子铜
损耗=386 W ,铁损耗=214 .5 W ,机械损耗=100 W ,附加损耗=112 . 5 W ,
求额定负载运行时:
( 1 )转子电流频率;
( 2 )转子铜损耗;
( 3 )电磁功率;
( 4 )定子电流;
( 5 )效率;
( 6 )画出功率流程图,标明各部分功率及损耗。
解: ( 1 )
( 2 ) 电磁功率

转子铜损耗
( 3 )电磁功率
( 4 )

( 5 )效率
( 6 )功率流程图如题3.30图

题3.30图

3 . 31 一台四极三相异步电动机,额定功率=55 kW ,额定电压=380 V ,额定负
载运行时,电动机的输入功率 =59 . 5 kW ,定子铜损耗=1 091 W ,铁损耗=972 W ,
机械损耗=600 W ,附加损耗=1 100 W 。求额定负载运行时:
( 1 )额定转速;
( 2 )电磁转矩;
( 3 )输出转矩;
( 4 )空载转矩。
解: ( 1 ) =

( 2 )电磁转矩
( 3 )输出转矩
( 4 )空载转矩
或者

3 . 32 一台八极三相异步电动机,额定功率=200 kW ,额定电压=380 V ,额定
转速=735 r /min,过载倍数=2 . 2 ,求:
( 1 )该电动机转矩的实用公式;
( 2 )当s=0. 015时的电磁转矩;
( 3 )电动机拖动1 200 N ·m负载时的转速。
解: ( 1 )

转矩的实用公式 =
( 2 )
( 3 ) 利用机械特性的线性表达式,认为转矩与转速成成正比,即
=

3 . 33 一台四极三相异步电动机,额定功率=25 kW ,额定电压=380 V ,额定转
速=1 450 r /min,过载倍数=2 . 6 ,求:
( 1 )额定转差率;
( 2 )额定转矩;
( 3 )最大转矩;
( 4 )临界转差率。
解: ( 1 )额定转差率
( 2 )额定转矩
( 3 )最大转矩
( 4 )临界转差率

3 . 34 一台八极三相异步电动机,额定功率=10 kW ,额定电压=380 V ,额定转
速=720 r /min,过载倍数=2 . 2 ,求:
( 1 )最大转矩;
( 2 )临界转差率;
( 3 )电磁转矩实用公式。
解: ( 1 )

最大转矩
( 2 )临界转差率
( 3 )电磁转矩实用公式

3 . 35 设一台三相异步电动机的铭牌标明其额定频率=50 Hz ,额定转速=965 r /min,问电动机的极对数和额定转差率为多少?若另一台三相异步电动机极数为2 p=10 , =
50 Hz ,转差率=0 . 04 , 问该电动机的额定转速为多少?
答: 额定频率=50 Hz ,额定转速=965 r /min的电动机,其同步转速,由 可知,,
额定转差率 =
当电动机极数为2 p=10 , =50 Hz ,转差率=0 . 04时 ,电动机的额定转速为
==

3 . 36 一台三相异步电动机,额定数据为: =380 V , =50 Hz , =7 . 5 kW ,
=962 r /min,定子绕组为三角形联结,cos=0. 827 , =470 W , =234 W ,
=80 W ,=45 W 。试求:
( 1 )电动机极数;
( 2 )额定运行时的和 ;
( 3 )转子铜损耗 ;
( 4 )效率;
( 5 )定子电流 。
解 : ( 1 ) =962 r /min的电动机, 其同步转速,
,电动机是6极电机;
( 2 ) ==0.038
( 3 ) =
由∶ ∶ =1 ∶( 1 - s)∶ s
就有
( 4 ) +++++=7500+470+234+301+45+80=8630 W

( 5 )定子电流 =

3 . 37 已知一台三相异步电动机的数据为: =17 kW , =380 V ,定子三角形联结,
4极,=19 A , =50 Hz 。额定运行时,定子铜损耗= 470 W ,转子铜损耗
=500 W ;铁损耗=450 W ,机械损耗=150 W ,附加损耗=200 W 。试求:
( 1 )电动机的额定转速;
( 2 )负载转矩 ;
( 3 )空载转矩 ;
( 4 )电磁转矩T。
解: ( 1 ) =17000+500+150+200=17850 W

( 2 )负载转矩
( 3 )空载转矩
( 4 )电磁转矩 T=+=111.35+2.29=113.64 N.m